Fe Cu Ni Zn Pв Sn Au Ag Pt Al Mg Ti W Мо 9 страница

3МgO+CaС2=3Mg+CaO+2CO

Тотықсызданған Мg буланады. СаО ерітінді түрінде қалып қалады.

3.Көмір-термиялық. Ұнтақталған магнезит пен кокс қоспасынан брикет жасайды. Электр пеште 2000 0С t-да сутегі ортасында балқытады.

МgO+C=Mg+CO

Мg буланып, тоңазытқыштың қабырғаларында кристалға айналады. Мg алудың бұл жолы тазалығы 99,9%-тік Мg алуға болады.

Тазарту. Электролиз тәсілмен алынған магнийдің құрамында Fe, Na, K, CaCl2, MgCl2, NaCl, KCl, MgO қоспалар кездеседі. Олардан Мg екі түрлі жолмен тазартылады:

1.Флюс қосып қайта қорыту.

2.Сублимациялау.

1.Магниді флюс қосып қайта қорыту арқылы тазарту әдісінде оны электр пешіне салып 750-800 0С-қа дейін қыздырған соң оған флюс қосып араластырады. Флюс ретінде МgCl2, KCl, BaCl2, NaCl, CaF2 қосындылары пайдаланылады. Флюстер магнидің құрамындағы қоспалармен әрекеттесіп, шлақа шығарады. 99,8-99,9% Mg алуға болады.

1- анод; 2 - катод; 3 - диафрагма; 4 – катод кеңістіктің қақпағы (хлорды сорып алу); 5 - кожух; 6 - футеровка (шамот).

Сурет 42 - Анодтарды жоғарыдан еңгізілетін электролиз ваннасы

 

2.Сублимациялау арқылы тазарту жолы оның буының серпімділігінің қоспа элементтер буынның серпімділігінен артық болуына негізделген.

Магниді сублимациялау ваккум туғызылған ретортада 600 0С t-да жүргізіледі. Осындай жағдайда Мg буланып, ретортадсың қабырғаларында кристалданады. Оны дүзу деп атайды. 99,9%-тік Мg алуға болады.

Ұсынылған әдебиет:

2 нег. (88-97), 4 нег. (103-109)

Бақылау сұрақтары:

1. Магнийдың тығыздығы қандай?

2. Магний қайда қолданылады?

3. Сублимация дегеніміз не?

4. Магний алудың қандай термиялық жолдары бар?

 

17 Дәріс тақырыбы Титан өндірісі

Титан металлургиясы

Балқу t-сы 3260 0С, тығыздығы 4,5 г/см3, титан элементінің қоры жер қыртысында жеткілікті мөлшерде болса да оны сирек кездесетін элементтер қатарына қосады. Қоры жағынан тоғызыншы орында.

Өндірістік маңызы бар титан кендері келесі.

1.Рутил (Т1О2)-құрамында 99-100% титан тотығы бар қызыл түсті кен. Рутил жер қыртысында шашыранды түрде кездесетіндіктен оның өндірістік маңызы төмен. (Оралда кездеседі).

2.Ильменит (FeO∙T1O2)-құрамында 59-60% Т1О2 бар қара түсті жылтыр кен. Ильменит көбінесе титан-магнезит кендерінің құрамында (20%) жиі кездеседі.

3.Титанит (СаО∙Т1О2∙S1O2)-32-34% T1O2 бар түрлі түсті (сарыдан қызыл түске дейін) кен (Орал, Хибины).

4.Перовскит (СаО∙Т1О2) 58-59% Т1О2 түрлі түсті кендер. (Орал, Кольск).

Титан алу

Құрамында ильмениті бар кен флотация немесе магнетті сипарация әдісімен 40-42%-тік концентратқа жеткенше байытылады. Титан концентратының орташа құрамы: 40% Т1 О2; 28% FeO; 24% Fe2O3; 1% CaO; 4% S1O2; 4% Al2O3; 2% MgO.

Оттегі мен титан берік қосылыста болғандықтан көміртегі, сутегі сияқты ежелгі тотықсыздандырғыштар титан тотығынан оттегін ажырата алмайды. Сондықтан титан алу үшін тотықсыздандарғыш ретінде басқа элементтер пайдаланады.

Титан алу жолы екі кезеңнен тұрады.

1.Титан тотығын хлорлау арқылы оның тетрахлоридін (Т1Сl4) алу.

2.Титан тотығын сәйкес элементтермен тотықсыздандыру арқылы таза титан алу.

Титан тетрахлоридін алу үшін рутил концентратына ағаш көмірі, графит және байланастырғыш зат қосып, қоспаны пресстеу арқылы брикетке айналдырады. Брикетті электр пешінде 700-900 0С температурада қыздырған соң, ол кокстеліп, қуысталады. Бұдан соң концентраттағы титан концентрациясын арттыру үшін концентрат графитпен астарланған электр пешінде балқытылады. Балқыту процесінде кен құрамындағы темір тотықсызданып, көміртегімен әрекеттеседі де, пештің түбіне жиналып титан тотығы шлак күйінде қорытпаның бетіне шығады. Шлақтың құрамы: 65-85% Т1О2; 15-20% S1O2∙0,1%CaO.

Бұл шлакқа тағы да көміртегімен байланыстырушы заттар қосылып, брикеттеледі.

Енді концентрат электр пешінде балқытылып, астыңғы жағынан хлор үрленеді, яғни хлорлайды. Хлорлау процесінің нәтижесінде Т1О2+2Сl2+C=T1Cl4+CO2+q

Балқу температурасы 23 0С, қайнау температурасы 412˚К (139 0С) болатын түссіз мөлдір сұйық титан тетрахлориді пайда болады.

Келесі кезеңде титан тетрахлоридін магний (Na; Ca) элементімен тотықсыздандыру арқылы одан титанды бөліп алады.

Ол үшін пештің кеңістігіне жеткілікті мөлшерде таза Мg салып, қақпағын жабады. Пештегі ауа сорылып, инерті газ аргонмен толтырылады t-ра 800-850 0С-қа дейін қыздырылады, оған арнаулы түтік арқылы Т1Сl4 жіберіледі.

Т1Сl4+2Mg Ti+2MgCl4+q

Титан кристалы күиінде түбі мен бүиір бетіне отырады. Алынған титанның құрамында Мg және МgCl2 сияқты зиянды қоспалар болғандықтан, оны арнаулы вакуум пештерінде тазартады. Ол үшін пешке тазартылатын титанды салып қақпағын жапқан соң, пеште вакуум туғызылып 900-950 0С-қа дейін қыздырылады. Осы кезде титанан оның хлориді мен магний буланып ұшып шығады.

Титан тазартудың перспективті жолдарының бірі-иод арқылы тазарады. Бұл әдіс бойынша титан былайша тазаартылады:

1.Әйнектен жасалған ыдыстың қабырғасына тазартылмаған титан орналастырылады.

2.Вакуум туғызылып, жеткілікті мөлшерде оған ион енгізіледі.

3.Тазартылмаған титанды жылдам иодтау үшін ыдыс 250 0С-қа дейін қыздарылады. Осы уақыттан бастап процесс өздігінен жүреді. Тетраиодит (Т1I4) пайда болып, ыдыстың түбіне шөгеді. Сосын тетраиодит диссоциациялануының нәтижесінде иод бөлініп шығып, қайтадан тазартылмаған әрекеттесіп, титан тетраиодитке айналады. Осы процесс ыдыстың қабырғасындағы тазартылмаған титан таусылғанша өздігінен жүре береді. Бұл әдіс 99,9%-тік титан алуға мүмкіндік береді.

Ұсынылған әдебиет:

3 нег. (123-140), 4 нег. (96-112)

Бақылау сұрақтары:

1. Титан кендерін атаныз.

2. Титан тетрахлоридының балқу температурасы қандай?

3. Иодидты титан дегеніміз не?

4. Титанның балқу температурасы қандай?

 

18 Дәріс тақырыбы Алюминий өндірісі

Алюминий өндіру

Алюминий – жер қыртысында оттегіден кейін ең көп тараған элемент. Алғашкы рет 1825 ж таза күйінде алынды. Эмфри Дэвид (Англия).

Өндірістік маңызы бар Аl кендерінің қатарына боксит, нефелин, алунит, каолин кендері жатады.

Боксит – Тихвин, Орал, Москва облысында. Франция, Венгрия, Югославия, Греция, Италия, Торғай.

Боксит кенінің құрамы: 30-60% Al2O3; 15-35% FeO3; 3-13% S1O2; 2-3 T1O2 3%CaO; 10-15% H2O.

Нефелин. Құрамында сілтілік элементтер (Na2O; K2O) болғандықтан, одан гликоземмен бірге жанама өнім ретінде поташ пен сода алынады. (Хибины, Кольск).

Құрамы: 29-30% Al2O3; 3-4% Fe2O3; 15-40% SiO2; 2-3%CaO; 2O% (Na2O+K2O).

Алунит. Ол да құнды шикізатқа жатады (Әзербайжан, Өзбекстан, Қазақстан. Құрамы: 20-21% Аl2O3; 40-42% S1O2; 4-5% Fe2O3; 4-5% Na2O+K2O) 22-23% CaO; 6-7% H2O;

Глинозем алу

Басқа элементтерге қарағанда кендегі амоминий оттегімен берік байланыста болып келеді. Сондықтан Аl кенін тотықсыздандырғанда, алюминиден бұрын кеннің құрамындағы басқа элементтер бөлінеді де АІ көміртекпен қосылады да АІ2С4; Сондықтан тотықсыздандыру тәсілмен алюминий алуға болмайды. АІ өндірісінің технолог процесі екі кезеңнен тұрады.

1.Кеннен глинозем алу.

2.Глинозем электролиздеу арқылы АІ алу.

Өндірісте алюминийды алудың сілтілі, қышқылды, электротермиялық тәсілдері қолданылады.

Сілтілі тәсіл. Ұнтақталған тенді автокавқа салып, оның құрамындағы глиноземді сілтісіздендіру үшін күйдіргіш натрий ертіндісі құйылады. 12 атм қысымда 160-170 0С температурада автоклавқа су буын жібереді.

Автоклавта кен құрамындағы глинозем АІ гидратының тотығы түріндегі күйдіргіш Na әрекетесіп, катрий алюминатына айналады. Пайда болған Na2O∙Al2O3 ерітіндіге өтеді.

2Al(OH)3+2NaOH=Na2O∙Al2O3+4H2O

3Na++AlO33- Na3AlO3

Анодқа қарай АІF63- және АІО33- иондары жүріп, бірақ тек теріс потенциалы жоғары АІО33- ионы бейтараптанады

2АІО33-+6 =Al2O3+1,5O2

Оттегі анодтпен әрекетесіп (СО1СО2) газ күйінде ұшып кетеді. Сұйық АІ алынып отырады.

1 тонна АІ өндіру үшін 2 тн АІ2О3; 100 кг Na3AlF6; 600 кг көмір электроды және 1650-1850 кВт/сағ электр энергиясы жұмсалады. Тәулігіне 350 кг АІ алынады.

Сурет 43 – Байер тәсілі бойынша глинозем өндіру нобайы

 

Тазарту

Алынған АІ құрамында көптеген зиянды қоспалар болады. Оларды үш топқа бөледі:

1.Металл емес – электролит, көмір түйірлері, АІ2О3

2.Металл (Fe3).

3.Газ тәрізді (Н2).

Металл емес және газ тәрізді зиянды қоспалардан АІ-ды қорыту немесе хлорлау арқылы, ал металл қоспаларынан оны электролиздеу арқылы тазартуда 750-970 0С t-да 10-15 минут хлормен үрлейді. (1200-1300 кг сыйымдылығы). Үрлеу кезінде АІ2О3, криолит, газ сияқты қоспалар АІ-ден бөлініп шығады. Бірақ 1% Al шығынға ұшырайды. Тазалығы 99,5% Al алынады.

Электролиздеу арқылы тазалау кезінде тазартылатын Аl анодқа жалғанады, катод – Аl-дің таза пластиналары. Электролит ретінде F немесе СІ тұздары пайдаланылады. Сонда АІ катодқа өтеді, анодта зиянды қоспалар астауда қалады.

99,85-99,9% болатын амоминий алынады.

Кен құрамындағы темір тотығы ерітіндіге өтпей, шлам түрінде автоклавтың түбіне шөгеді, ал S1O2 күйдіргіш натримен химиялық реакцияға түсіп;

S1O2+2NaOH=Na2O∙S1O2+H2O

ерітіндіге өтеді.

Na2O∙Al2O3+2(Na2O∙S1O2)+4H2O=Na2O∙Al2O3∙2S1O2+4NaOH

ерімейтін натрий алюмосиликаты пайда болады.

Сонда ерітінде S1O2-ден тазарады.

Na2O∙S1O2 автоклавтан арнаулы түтік арқылы буландырғышқа барады. Буландырғышта натрий алюминаты гидролизденіп, алюминий гидрототығының кристалдары бөлінеді.

Na2O∙Al2O3+4H2O NaOH+2Al(OH)3

Al(OH)3 сүзіліп алынып, айнымалы түтікті пеште 1200 0С t-да қыздырылғаннан кейін сусыз Аl тотығы-гликоземге-айналады:

2Аl(OH)3=3Al2O3+3H2O

 

Глиноземді электролиздеу

1 – кожух; 2 – футеровка; 3 – түбтің блоктарына токты жалгастыратын болат стерженьдері; 4 – көмір аноды; 5 – анодқа токты қосатын металл шиналары; 6 – балқыған элек­тролит; 7 – сұйық алюминий; 8 – электролиттың қатайған қабығы; 9 – іргетас.

Сурет 44 – Алюминий алуға арналған электролизердың нобайы.

 

Глинозем (балқу t-сы 2050 0С). Электролит қызметін криолит Na3AlF6 атқарады. Глинозем балқыған криолитте жақсы ериді. Глиноземмен криолитті белгілі қатынаста араластырып, электролит астауына салады да, токтің оң полюсіне көмір электродтар (анод), ал астаудың түбінде катод шиналары орналастырылады. Астау тізбегі бойынша кернеу 5-100в, ток күші 20000 А-ден 10000 А-ге дейін болатын тұрақты ток жіберіледі. Тізбектегі электр тоғы электролитті 950-1000 0С-қа дейін қыздырып, астауда электрохимиялық процестің жүруіне себепші болады. Тоқтың әсерінен криолит еріп, иондарға ыдырайды:

Na3AlF6 3Na++AlF63-

Сонымен қатар криолитте еріген Аl2O3-да иондарға ыдырайды.

Аl2O3=Al3++AlO33-

Диссоцияланған (Аl3+, 3Na+) иондар катодқа қарай жылжиды, Аl иондарының Na иондарына қарағанда бөліну потенциалы аз болғандықтан катодта Аl иондары бейтараптанып, астау түбіне таза Аl жиналады.

Аl3++3e Al0

 

1 – құбыр; 2 – тройник; 3 – қалпақ; 4 – серіппелі скоба; 5 – шланг;

6 – ілу сақинасы; 7 – бұралған құбыр.

Сурет 45 – Ваннадан алюминийды алу сифоны

Ұсынылған әдебиет:

2 нег. (56-89), 2 қос. (69-77)

Бақылау сұрақтары:

1. Алюминийдың балқу температурасы қандай?

2. Қазақстанда гүлтнозем қайда өндіріледі.

3. Криолит не үшін қолданылады?

4. Алюминийды қалай тазартады?

19 Дәріс тақырыбы Никель өндірісі

Никель металлургиясы

Балқу температурасы 1452 0С.

Негізгі кен орындарының типтері келесі:

1.Силикатты (металлургия да оларды тотықтанған деп атайды) және табиғи легірленген темір-никельді. Осындай кендерден Никельдің 30% алынады. Қосымша СО-та алынады.

2.Сульфидты кендер (Сo, Рt, Pd, Iz, Ru, OS, Au, Ag). Никельдің 70% сульфидті кендерден алынады.

Тотықтанған кендерді бірнеше тәсілдермен өңдейді.

1.Пирометаллургиялық тәсілге жататындары.

а.Сульфидтеумен балқыту.

б.және темір-никельді қорытпаға (ферроникель) түзілу балқыту.

Ферроникель алудан басқа тағы қолданылатын бір тәсіл, ол кенді құбырлы пештерде өңдеп кроца алу: сосын осы крицадан ферроникель алынады.

Гидрометаллургиялық тәсілдер:

1.Қышқылдармен өңдеу..

2.Аммиакпен сілтілеу.

(НСl, H2SO4, HNO3) N1+Co ерітіндіге аударып, содан жеке-жеке (селективті) шығару.

Ылғалдылығы 30% -дейін жеткендіктен, балқыту процестің алдында кенді кептіреді. Кептіру данғараларда жүргізіледі 700-800 0С температурада. Отын ретінде мазут пайдаланылады. Ылғалдығы 10-14%-ке дейін жеткізіліп сульфидизатормен (пирит немесе гипс) қосып брикеттейді.

Брикеттердің өлшемдері: 78х58х30; 80х50х20 (мм).

Соңғы кезде агломерация процесі қолданылып жүр. Сонда кенді кептірмей ұсақтайды да қалдықтармен қосып араластырып агломашиналарда өңдейді. Дайындалған кенді шахталы пештерде балқытып штейн алынады. Балқытудың алдында шихтаға күкірт бар қоспаларды (пирит, сульфид), флюсты (известняк) және отын ретінде кокс қосылады. 1450-1500 0С.

2FeS2 2FeS+S2

N1+0,5S2 N1S

FeS + N1O∙S1O2 N1S + FeO∙SiO2

FeO∙SiO2 шлакқа өтеді.

Кеннің 66-75% Ni алынады. СО-42-50%.

Балқыту өнімдеріне штейн жатады. Штейннің құрамы: 12-20%Ni; 56-60% Fe; 17-23% S.

Ферроникельге балқыту

Көбінесе электропештермен, шахталы пештерде жүргізіледі. Соңғы кезде доғалы эл.пештерде жүргізіледі. Электроэнергия шығыны 550 кВт. 4/т.

Алынатын ферроникельде никельдің мөлшері 24%; +0,3% Co. Кеннен 93%-ке дейін никель алынады. Балқытылған ферроникельге десульфуризация жүргізіледі (сода арқылы). Сонда ферроникель S1 S-тен тазаланылады.

Ферроникель не штейн сосын конвертерлерде өңделеді 1200-1250 0С. Ni+Fe+S=98-99% (штейн құрамы).

Конвертерледің негізгі реакциялары.

Fe+O2+S1O2=2 +149,6 ккал/моль.

2FeS+3О2+S1O2=(FeO)2∙SiO2+2SO2+246,1 ккал/моль.

6NiO+6FeS+3SiO2=2Ni3S2+3(2FeO∙S1O2)+2SO2.

Содан кейін алынатын өнімді файнштейн деп атайды. Химиялық құрамы: 78-79% Ni; 0,3-0,5% Co; 0,2-0,3% Fe; 0,8-2,5% Cu; 17-19% S.

Сосын файнштейнді күйдіреді. Күйдіруде екі кезен болады.

1.Қайнаған қабатты пештерде [S% 1,0-1,5% күйдірмеде (огарок)] 1000-1150 0С температурада күйдіреді;

2.Мысты кетіру үшін ыстықтай (700 0С) 10 -15% -ке дейін сильвитпен (NaCl-KCl) араластырып, 500-650 0С температурада күйдіреді.

Осыдан кейін алынған өнімді қайта қалпына келтіру үшін, балқыту арқылы доғалы электропештерде кокспен өңдейді.

Негізінде реакциялар 900 0С температурада басталады.

N1O+CO Ni+CO2

CO2+C 2CO

NiO+C Ni+CO

Ni3C+NiO 4Ni+CO

Гидрометаллургия тәсілдері көбінесе Куба заводтарында қолданылады.

Ұсынылған әдебиет:

3 нег. (109-115), 4 нег. (89-101)

Бақылау сұрақтары:

1. Никельдың балқу температурасы қандай?

2. Файнштейн дегеніміз не?

3. Мыстан тазарту қалай жүргізіледі?

4. Никель өндірісінде брикеттердің өлшемдері қандай?

 

20 Дәріс тақырыбы Кадмий өндірісі

Кадмий металлургиясы

Кадмий қасиеттері: балқу температурасы -321 0С, қайнау температурасы - 766 0С, меншікті салмағы, ρ - 8,65 г/см3.

Кадмий қорғасын және негізінде мырыш концентраттарынан алынады. Орта есеппен алғанда 1 т мырышқа 3,25 кг кадмий алынады.

Қорғасын мен мырыш өндірісінде кадмий - металлургиялық шаңдарда және кектерге жинақталады.

Шикізаттардың қасиеттеріне байланысты гидрометаллургиялық және комбинирленген тәсілдер қолданылады. Қазақстанда тек қана гидрометаллургиялық тәсілдері қолданылады.

Өндіруге мыс-кадмий кектері түседі. Оларды кедей (2-5% Cd), орташа (5-8% Cd) және бай (8-12% Cd) кектерге бөледі.

Мыс-Сd кектерді мырыш электролитымен немесе Н2SO4 арқылы сілтілейді, 60-80 0С температурада. Zn Cd Cu Осы элементтер алдымен ериді. Сілітіледің ұзақтығы әртүрлі себептерге байланысты 5-18 сағат.

Ерітіндіде мыс пайда болғанда процесті тоқтатады. Сосын пульпаны фильтірлерден өткізеді (мысты бөлек алу үшін). Ерітіндіні кадмий губкасын алу үшін тұндырады. УКСЦК-да ортадан тепкіш сеператорларда жүргізіледі. Тазалығы 99,0-99,5% Сd өнім алынады. Содан кейін тазартылып металл құймалар алынады Cd0. Аппарат өнімділігі 200 л/сағат.

Губканың құрамы: 30-35% Сd

18-30% Zn

0,1-0,5% Pв, тағы таллий алынады.

2,8-11,0% Аg.

Электролиз

Электролиз ванналарда жүргізіледі. Анод ретінде – күміс қосылған қорғасын қолданылады, Рв (+1%Аg).

Катод ретінде алюминий табақтары қолданылады.

Электролит құрамы:

160 г/л кадмий

0,005 г/л Сu

12 г/л Н2SO4

30 г/л Zn

Тек тығыздығы әртүрлі 30-50 А/м2; 100-220 А/м2 болады, электролиз ваннасының температурарасы 25-30 0С;

УКСЦК 45-100 А/м2 t-20-35 0C.

 

Қолданылатын агрегаттар екі түрлі болады:

1 Төрт бұрышты ванналар;

2 Катодтары айналатын ванналар.

Төрт бұрышты ванналардын өнімділігі - 30-40 кг/тәулік;

Катодтары айналатын ванналардың өнімділігі жоғары болады (70-80 кг/тәулік), бірақ оларда энергия шығыны да жоғары болады.

Кадмий катодтарында кадмийдың қалындығы 2-3 мм жеткенде, катодты арнайы көтергіштермен шығарады. Сосын кадмий катодтарды балқытуға жіберіледі. Осылай алынған кадмий тазартуды талап етеді: дистилляция арқылы болат не шойын қазандарда 850-900 0С температурада. Тазартудың ұзақтығы 18-24 сағат. Никельден тазарту үшін Аl қосылады.

Салмағы 20-30 кг құймалар алынып вакуум-аппараттарға тағы тазартуға жіберіледі.

Алынған кадмийдың маркалары келесі:

Cd%,

Кд 00 - 99,997, Sв, AS, Sn мөлшері 0,0001% әр қайсысы аспау керек.

Кд O - 99,95. Коспалы элементтердің мөлшері 0,002% аспау керек.

Кд 1 - 99,93

Kд 2 - 99,83.

Ұсынылған әдебиет:

3 нег. (116-122), 4 нег. (102-109)

Бақылау сұрақтары:

1. Кадмийдың балқу температурасы қандай?

2. Кадмий қандай өндірістің концентраттарынан алынады?

3. Электролиз қандай агрегаттарда жүргізіледі?

4. Кадмийдің қайнай температурасы қандай?

 

21 Дәріс тақырыбы Металдарды қысыммен өңдеу

Металдарды қысым арқылы өңдеу

Металдарды қысым арқылы өңдеудің келесі негізгі түрлері бар:

- прокаттау;

- созу (волочение);

- престеу;

- еркін соғу;

- суық және ыстық күйде штамптау.

Қысым арқылы өңдеуде металдың беріктік, пластикалық қасиеттерін пайдаланады. Беріктік дегеніміз металдың бүлінбестен, түсірілген күшке қарсы әсер ете білуі, ал пластикалық қасиеті дегеніміз түсірілген күштің әсерінен металдың суық немесе ыстық күиінде өз қалыпын өзгертіп, керитің әсері жойылғаннан кейін өзгерген қалапын сақтап қалуы. Температура жоғарылған сайын металдардың беріктік қасиеті төмендеп пластикалық қасиеті артады.